某高层建筑筏板基础大体积混凝土的温度监测.pdf

第4 O卷第 4期 2 0 1 4年 8月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 1 7 5 某高层建筑筏板基础大体积混凝土的温度监测 孙威， 王 强， 葛超 ( 沈阳建筑大学土木工程学院， 辽宁 沈阳1 1 0 1 6 8 ) 摘要 ： 沈 阳市某 工程 2号 塔楼 筏板基础最大厚度达 1 1 m， 给现场水化 热温度控 制带来 了严峻 的挑 战 。为 了准确 掌握混凝土浇筑后其内部温度的分布及发展情况， 对其开展现场温度监测工作， 以便依据监测反馈信息及时调整 浇筑和养护技术措施， 最大限度地控制温度裂缝的产生。通过对监测数据分析表明： 混凝土浇筑完成后， 内部温度 发展趋势大致可分为“ 急剧升温”、 “ 快速降温” 和“ 平稳降温” 3个阶段； 混凝土表层温度受环境影响降温明显 ， 内 部混凝土高温持续时间较长， 底部混凝土温度介于二者之间； 基础截面变化 、 含钢率等对温度分布具有一定影响。 关键词： 筏板基础； 大体积混凝土； 水化热； 温度监测 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： B 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 41 7 5 0 3 0 引 言 大体积混凝土筏板基础是高层建筑应用最为广 泛的基础类型 引。在筏板基础 大体积混凝土施工 过程中， 水泥水化产生大量的水化热 ， 导致混凝 土表 面和内部形成较大温差 ， 引起体积变化 ， 进而使混凝 土产生一定的拉应力 ， 当拉应力超过混凝土抗拉强 度极 限时， 混凝土表面就会产生裂缝。温度裂缝问 题为大体积混凝土施工领域 中常见 的工程 质量 问 题 ， 严重影响到工程结构的可靠性。 位于沈 阳市市府广场 的某工程 2号塔楼拟建 高度 3 8 5 m， 为东北地区第一 高楼。塔楼底板工程 设计采用超厚混凝土筏板基础 ， 最 大厚度达 1 1 m， 浇筑面积约为 4 7 0 0 m ， 是典 型的大体 积混凝土结 构 ， 基础平面如图 1 所示。该基础具有厚度大、 一次 性浇筑量大的特点 ， 给施工水化热温度控制提 出了 严峻的挑战。为了更加准确地掌握混凝土浇筑后其 内部温度的分布及发展情况 ， 对其开展现场温度监 测工作 ， 以便可以依 据监测反馈信息及时调整浇筑 和养护技术措施 ， 最大限度地控制温度裂缝 的产生。 1 工程概 况 该工程基础设计采用桩基加超厚筏板基础 ， 面 积约为 4 7 0 0 m ， 垫层采用 C 1 5素混凝土 ， 防水采用 自粘型聚乙烯胎防水卷材加桩头部位水泥基渗透结 晶 ， 底板混凝土强度为 C 4 0 。办公 楼底板 大面厚度 收稿 日期 ： 2 0 1 3 3 1 5 作者简介 ： 孙威( 1 9 7 9一) ， 男 ， 辽宁辽 阳人 ， 讲 师 ， 主要从事结 构健 康监测技术的研究。 基金项 目： 辽宁省教育厅 科技项 目( 1 2 0 1 0 4 5 8 ) ； 沈 阳建 筑大学 重点 实验室开放式基金项 目( J G 2 0 0 9 1 6) Erea l ： l g l _ 3 1 5 1 2 6 c o m 图 1 筏板 基础 平面 为 5 1 m、 5 9 m， 核 心筒部分 电梯井坑局部厚度达 到 1 1 1 m。因此 ， 为确保承台底板施工进度和施工 质量 ， 采取两次浇筑 的施工方案。第一次先浇筑办 公楼电梯井坑 1 1 1 m( 底标高 一2 9 4 m) 厚处 混凝 土 ， 再 由北往南推进浇筑至 一2 2 4 m， 浇筑顺序如图 2所示。办公楼底板混凝 土总量 为 3 3 0 3 0 m ， 其 中 一 2 9 4 m深基坑约为 6 7 0 0 m 。为了满足钢结构柱 脚的安装及塔 吊基础 ( 塔吊埋件节在第一次浇筑完 毕后 安 装 )的 要 求 ， 第 一 次 浇 筑 混 凝 土 标 高 为 一 2 2 4 m， 浇筑混凝土量约为 1 5 4 0 0 m 。第二次浇 筑至标高 一1 8 3 m， 浇筑混凝土量约 为 1 7 6 3 0 m 。 混凝土分批浇筑次序如图 3所示。 2温度监测系统及测点布置 本次监测使用的传感器为 X Y J - 2型埋人式混凝 土应变传感器。该传感器可同时监测混凝土 内部温 度及应变。测量温度范围为 一 3 0 1 0 0 ， 应变范 孙威， 等： 某高层建筑筏板基础大体积混凝土的温度监测 1 7 7 间变化曲线 ， 其中测点 1 0 3 1靠近混凝土下表面 ， 与 地基土壤距离 5 0 m m， 测点 1 0 3 4靠 近混凝土 上表 面， 与上表面距离5 0 m m， 测点 1 0 3 2 和 1 0 3 3两沿筏 基斜坡等距分布。测点 1 0 3 4处于基础厚度变化区 域 ， 周 围均 有大 方量 混凝 土。测 点 1 0 3 1 、 1 0 3 2及 1 0 3 3则靠近侧边缘地基土壤 。 图7 筏基斜坡处某监测点位温度变化 曲线 从 图7中可以看 出， 测点 1 0 3 4在混凝土浇筑结 束后温度迅速上升。这是由于该测点附近有大方量 混凝土 ， 水化热热源充沛， 温度上升趋势显著。可是 该点位 于基础上表面附近 ， 热量易于散发 ， 因此测点 温度达到峰值后 ， 下降趋势亦是 比较 明显。而其他 3个测点主要受地基土壤保温 的作用 ， 温度变化相 对平稳。从测点 1 0 3 4的温度变化趋势看 ， 在混凝土 筏基厚度发生改变的位置， 混凝土表面温度更容易 发生剧烈的升降， 形成较大的降温速率， 从而影响到 大体积混凝土的质量。混凝土筏基在设计过程中应 尽量避免厚度上发生较大的变化 ， 如不可避免 ， 则应 加强对混凝土厚度改变处的温度监控与保护。 3 3 筏基 1 2 m厚度处温度变化情况 图 8为筏基 1 2 m厚度处某点位所布置的 3个 测点传感器温度变化情况。由于该位置位于混凝土 厚度相对较小的区域 ， 同时该位置混凝土浇筑在第 一 批浇筑混凝土之上 ， 厚度 和浇筑顺序上的特点为 该测点温度带来 了新 的变化 。测 区中部测点 1 1 3 2 温度峰值为 3点最高。而底部测点 1 1 3 1在前期浇 筑混凝土 内部预热 的作用下 ， 随着时间的发展温度 逐步高出中部测点 1 1 3 2 。由于该 层混凝土厚度不 大 ， 所 以中部测点温度下降也较为显著 。而下部测 点由于受到第一批混凝土 内部残余 水化热的影响 ， 降温趋势平缓 。 图 8 筏基 1 2 m厚度 某监测点位温度变化 曲线 3 4 钢筋含量对混凝土筏基温度的影响 在实测过程 中也发现 ， 基础 内部的含钢量对 混 凝土内部混凝土温度具有一定影响 ， 钢构附近温度 低于非钢构附近混凝土温度 ， 二者相差 2 E 3 。 说明钢结构起到了释放混凝土 内部热量的作用 ， 热 量随钢构流失到环境中。筏板基础中的钢构起到了 为 昆 凝土降温的作用。 4 结 论 通过对某高层建筑筏板基础大体积混凝土水化 热温度长期监钡 0 所获数据分析 ， 得到以下结论 ： 1 ) 混凝土浇筑完成后 ， 其内部温度发展可以分 为 3个阶段 ， 即“ 急剧升温” 阶段、 “ 持续降温” 阶段 以及“ 稳定降温” 阶段。 2 ) 从温度沿基础厚度分布看 ， 表 面附近 昆 凝 土 温度下降最快 ， 中部位 置混 凝土温度 高、 持续 时间 长， 底部位置混凝土温度介 于二者之问。控制混凝 土内部温差 ， 一方面降低混凝土 内部温度 ， 一方面降 低表层混凝土降温速率 ， 重视表面保温工作。 3 ) 从温度沿基础平面分布看 ， 筏基截面不发生 显著变化的情况下 ， 往往是 中央部分 昆 凝土温度较 高， 边缘混凝土温度偏低。当截面突变时， 在截面突 然变小或者边角位置 ， 往往增大混凝 土内部温度梯 度 ， 该部位易产生温度裂缝。 4 ) 基础 内部 的含钢量对混凝土 内部混凝 土温 度具有一定影响， 含钢量高 的区域温度略低于含钢 量低的区域。 参 考 文 献 ： 1 中国建筑学会建筑结 构分会高 层建筑 结构委 员会 我 国大 陆 2 0 0 9年底 已建成 1 8 0 m 以上 高层 建筑 统计 J 土木 工程 学 报 ， 2 0 1 0 ， 4 3 ( 5) 2 蒋国澄， 米祥友， 彭安宁 基础工程 4 0 0例 M 北京： 中国科 学技术 出版社 ， 1 9 9 5 3 赵志缙， 赵帆 高层建筑基础工程施工 M 北京： 中国建筑 工业 出版社 ， 1 9 9 5 4 邹建文， 徐伟 高桩承台大体积混凝土温度应力控制应用研 究 J 工业建筑 ， 2 0 1 1 ， 4 1 ( 9 )： 8 5 9 5 王一凡 大体积混凝土温度应力有限元分析 J 水资源与水 利工程报 ， 2 0 1 0， 2 1 ( 1 ) ： 1 0 9 1 1 3 6 朱斌 海洋 高桩基础水平 大变位性状模 型实验研究 J 岩 土工程学报 ， 2 0 1 0， 3 3 ( 4) ： 5 2 1 - 5 3 0 7 李逸群 大体积混凝土裂缝的危害及预防措施 J 建筑与工 程 ， 2 0 0 9， 2 4 3 ( 7 ) ： 1 6 4 - 1 6 7 8 王强 ， 葛超 ， 张健 ， 等 筏板基础大体 积混凝土温 度裂缝 控制 的模型试验 J 混凝土 ， 2 0 1 2 ， 2 6 8 ( 2 ) ： 5 7 O 9 王铁梦 工程结构裂缝控制的综合方法 J 施工技术， 2 0 0 0 ， 2 9 ( 5 )： 5 - 9 1 O 王铁梦 建筑物的裂缝控制 M 上海 ： 上海 科学技术 出版社 ， 1 9 8 7